研究成果報告書

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ひでかいちぞの
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1 様式 C-19 科学研究費助成事業 ( 科学研究費補助金 ) 研究成果報告書機関番号 :17102 研究種目 : 基盤研究 (C) 研究期間 :2009~2011 課題番号 : 研究課題名 ( 和文 ) 統合失調症感受性遺伝子多型の進化医学的解析平成 24 年 5 月 18 日現在研究課題名 ( 英文 ) Molecular evolutionary analysis of schizophrenia susceptibility genes. 研究代表者柴田弘紀 (SHIBATA HIROKI) 九州大学生体防御医学研究所ゲノム機能学分野研究者番号 : 研究成果の概要 ( 和文 ): ありふれた疾患 (common disease) の一つである統合失調症を対象とした進化医学的解析を行った疾患感受性アレルの集団内での維持機構を解明するために, 統合失調症感受性遺伝子アレルが平衡選択で維持されているという仮説を立て全変異検出と頻度スペクトラム法 ( Tajima s D ( 以下 TD)) による中立性の検定と合体シミュレーションによる系図解析を行った統合失調症感受性遺伝子として BDNF SLC18A1 COMT DRD1 DRD2 DRD4 について有意な関連が報告された SNP の周辺領域各 7 kb および上流領域 5 kb を対象にヒト 72 検体チンパンジー 24 検体の全変異検出をダイレクトシークエンスにより行ったその結果 DRD2 遺伝子の統合失調症感受性 SNPs(rs6275, rs6277) 周辺及び COMT の統合失調症感受性多型 rs4680(val158met ) 周辺においてヒト特異的かつヒト 3 大集団に共通な平衡淘汰を検出した合体シミュレーションにより COMT の統合失調症感受性多型 rs4680 周辺領域を構成するハプロタイプの年代測定を行ったところこの領域の TMRCA はヨーロッパ人とアフリカ系アメリカ人では非常に古く 100 万年を越えていたまた得られた遺伝子系図はヨーロッパ人とアジア人においては平衡淘汰を強く支持していた統合失調症感受性多型の存在する領域で検出された平衡淘汰のターゲットは統合失調症及び高次脳機能に関連する表現型であった可能性が高いと考えられ統合失調症感受性多型の平衡選択仮説を部分的に証明できた研究成果の概要 ( 英文 ): Schizophrenia has a relatively strong genetic background (λ s = 10). Because of the typically adolescent onset and the loss of sociality in patients, schizophrenia susceptibility alleles are expected to be selected out through generations. However, the prevalence is stably high at ~1% in any of the populations surveyed. To explain the paradox, I hypothesized that the schizophrenia susceptibility alleles are maintained by the non-neutral process such as balancing selection. To test this hypothesis, I sequenced six schizophrenia susceptibility genes, BDNF, SLC18A1, COMT, DRD1, DRD2, DRD4 from 72 unrelated humans (24 Caucasians, 24 African Ameericans and 24 Japanese) and 24 unrelated chimpanzees as non-human controls. Using the variation data set, I examined neutrality by the summary statistics approach such as Tajima's method. I identified a significant signal of balancing selection in the regions of coding SNPs in DRD2 (rs6275, rs6277) and in COMT (rs4680). All of these SNPs a significant association has been frequently reported with schizophrenia. By coalescent simulation I dated the haplotypes in the selected regions in both genes to be > 1 MYA. I conclude that some of the schizophrenia susceptible alleles have been maintained by balancing selection of which the target may be the phenotypes related to schizophrenia as well as human brain functions.

交付決定額 ( 金額単位 : 円 ) 直接経費間接経費合計 2009 年度 1,300,000 390,000 1,690,000 2010 年度 1,200,000 360,000 1,560,000 2011 年度 1,100,000 330,000 1,430,000 年度年度総計 3,600,000 1,080,000 4,680,000 研究分野 : 医歯薬学科研費の分科細目

2 交付決定額 ( 金額単位 : 円 ) 直接経費間接経費合計 2009 年度 1,300, ,000 1,690, 年度 1,200, ,000 1,560, 年度 1,100, ,000 1,430,000 年度年度総計 3,600,000 1,080,000 4,680,000 研究分野 : 医歯薬学科研費の分科細目 : 基礎医学人類遺伝学キーワード : 進化医学集団遺伝学自然選択統合失調症 1. 研究開始当初の背景統合失調症は遺伝要因が強く関与する多因子病であり遺伝率は 70% 以上と推定されているまた地域や集団を問わず均一かつ高頻度 (1%) に出現するきわめて特異な多因子疾患である若年で発症後その精神症状から罹患者は子孫をもつことが極めて困難になるため感受性遺伝子変異が平衡選択等の非中立的過程によって集団中に維持されている可能性が指摘されているが統合失調症感受性遺伝子変異についての平衡選択の検証はなされていなかった 2. 研究の目的統合失調症感受性変異の平衡選択による維持仮説を統合失調症感受性 SNP として同定された 16 箇所について検証するこれらはこれまで報告された全ての感受性遺伝子探索研究を統合したメタ解析 (Allen et al 2008) で統合失調症への関連が最も強く支持された遺伝子群であるこれらの統合失調症感受性 SNP の周辺領域 5 kb の全変異検出と自然選択の検出を行い統合失調症に関連した平衡選択を受けた遺伝子領域の同定を試みる進化を統計的に検定する中立からの有意な逸脱 (= 自然選択 ) が検出された領域についてはチンパンジー 24 検体での全変異検出と中立性の検定を行い見出した自然選択がヒト特異的であることを確認するヒト特異的な自然選択を受けた領域について Phase プログラムを用いてハプロタイプを再構成するまた GeneTree プログラムによる合体シミュレーションを行い各ハプロタイプの分岐年代を推定することで自然選択を受けた時期の特定を試みる 4. 研究成果統合失調症感受性遺伝子として BDNF SLC18A1 COMT DRD1 DRD2 DRD4 について有意な関連が報告された SNP の周辺領域各 7 kb および上流領域 5 kb を対象にヒト 72 検体チンパンジー 24 検体の全変異検出をダイレクトシークエンスにより行った ( 図 1) 3. 研究の方法上述の 16 個の多型を SZGene で示されているメタ解析の有意性の順位にしたがって解析を進める本年度は既に一部研究を開始している SLC18A1 DRD1 などの 10 個の遺伝子の解析を行う各領域をいくつかの PCR 断片に分割し統合失調症感受性遺伝子探索の際に収集した健常日本人検体 24 名と Coriell から購入した非血縁の欧米人 24 名アフリカ系アメリカ人 24 名の計 72 検体について塩基配列を決定し全変異検出を行う得られた全変異情報を DnaSP 等のプログラムを用いて Tajima's test Fu and Li's test 等の頻度スペクトラム法により解析しその領域の中立

その結果 DRD2 において統合失調症との強い関連を示す SNPs(rs6275, rs6277) 周辺においてヒト特異的なかつヒト 3 大集団に共通な平衡淘汰を検出した (TD = +2.15 - +2.

3 その結果 DRD2 において統合失調症との強い関連を示す SNPs(rs6275, rs6277) 周辺においてヒト特異的なかつヒト 3 大集団に共通な平衡淘汰を検出した (TD = ) また古くから統合失調症との関連が示唆されてきた COMT の非同義 SNP rs4680 (Val158Met) 周辺領域においてヨーロッパ人で有意な正の TD が観察され (+2.10) 日本人集団とアフリカ系アメリカ人集団においても有意ではないものの同様の傾向 (TD = ( 日本人 ), TD = ( アフリカ系アメリカ人 ) ) が見られた ( 図 2) 5. 主な発表論文等 ( 研究代表者研究分担者及び連携研究者には下線 ) 雑誌論文 ( 計 4 件 ) 1 Goto H, Watanabe K, Araragi N, Kageyama R, Tanaka K, Kuroki Y, Toyoda A, Hattori M, Sakaki Y, Fujiyama A, Fukumaki Y, Shibata H. The identification and functional implications of human-specific "fixed" amino acid substitutions in the glutamate receptor family. BMC Evol Biol. 査読有 9:224 (2009). 2 Miura S, Shibata H, Kida H, Noda K, Toyama T, Iwasaki N, Iwaki A, Ayabe M, Aizawa H, Taniwaki T, Fukumaki Y. Partial SPAST and DPY30 deletions in a Japanese spastic paraplegia type 4 family. Neurogenetics 査読有 12(1):25-31 (2011). 3 Deng X, Takaki H, Wang L, Kuroki T, Nakahara T, Hashimoto K, Ninomiya H, Arinami T, Inada T, Ujike H, Itokawa M, Tochigi M, Watanabe Y, Someya T, Kunugi H, Iwata N, Ozaki N, Shibata H, Fukumaki Y. Positive association of phencyclidine-responsive genes, PDE4A and PLAT, with schizophrenia. Am J Med Genet Neuropsychiatr Genet. 査読有 156 (7): (2011). 4 Nakagome S, Mano S, Kozlowski L, Bujnicki JM, Shibata H, Fukumaki Y, Kidd JR, Kidd KK, Kawamura S, Oota H. Crohn s disease risk alleles on the NOD2 locus have been maintained by natural selection on standing variation. Mol Biol Evol. 査読有 2012 Mar 5. [Epub ahead of print] COMT の rs4680(val158met) 周辺について合体シミュレーションによりこの領域を構成するハプロタイプの年代測定を行ったところこの領域の TMRCA はヨーロッパ人とアフリカ系アメリカ人では非常に古く 100 万年を越えていたまた得られた遺伝子系図はヨーロッパ人とアジア人においては平衡淘汰を強く支持していた統合失調症感受性多型の存在する領域で検出された平衡淘汰のターゲットは統合失調症及び高次脳機能に関連する表現型であった可能性が高いと考えられ統合失調症感受性多型の平衡選択仮説を部分的に証明できた学会発表 ( 計 20 件 ) 1 Shibata H, Tanaka K, Watanabe K, Goto Molecular Evolutionary Study Of The Ionotropic Glutamate-Receptor Gene Family As Schizophrenia Susceptibility Genes: Human-Specific Balancing Selection In GRIN2B Upstream Region. The 8th International Workshop on Advanced Genomics: Expansion of Genome Science, Tokyo, Japan 年 6 月日 2 柴田弘紀森田彩後藤大輝間野修平竹中修服巻保幸. 高次脳機能関連遺伝子群の分子進化学的解析 : 代謝調節型グルタミン酸受容体遺伝子群における自然選択

4 の検出. 第 11 回日本進化学会大会札幌年 9 月日 3 柴田弘紀森田彩後藤大輝間野修平竹中修服巻保幸. 高次脳機能関連遺伝子群の分子進化学的解析 : 代謝調節型グルタミン酸受容体遺伝子群における自然選択の検出. 第 81 回日本遺伝学会大会松本年 9 月日 4 服巻保幸山本健孫竹岡晃猪子英俊有波忠雄岩田仲生尾崎紀夫柴田弘紀. 統合失調症の STR マーカーによるゲノムワイド関連解析. 日本人類遺伝学会第 54 回大会東京年 9 月日 5 柴田弘紀森田彩後藤大輝間野修平竹中修服巻保幸. 高次脳機能関連遺伝子群の分子進化学的解析 : 代謝調節型グルタミン酸受容体遺伝子群における自然選択の検出. 日本人類遺伝学会第 54 回大会東京年 9 月日 6 Shibata H, Watanabe K, Tanaka K, Goto Molecular evolutionary study of the ionotropic glutamate-receptor gene family as schizophrenia susceptibility genes: human-specific balancing selection in the GRIN2B upstream region. 59th Annual Meeting of The American Society of Human Genetics, Honolulu, HI 年 10 月日 7 Fukumaki Y, Yamamoto K, Sun Z, Oka A, Inoko H, Arinami T, Iwata N, Ozaki N, Shibata H. Genome-wide association study of schizophrenia using STR markers. 9th Annual Meeting of The American Society of Human Genetics, Honolulu, HI 年 10 月日 8 Uchida M, Fukumaki Y, Shibata S. Molecular evolutionary study of the COMT gene as a schizophrenia susceptibility gene. 第 32 回日本分子生物学会年会横浜年 12 月日 9 服巻保幸山本健岡晃猪子英俊有波忠雄岩田仲生尾崎紀夫柴田弘紀. マイクロサテライトマーカーを用いた統合失調症のゲノムワイド関連解析. 第 5 回日本統合失調症学会福岡年 03 月日 10 柴田弘紀田中邦佳渡邉和典後藤大輝間野修平竹中修服巻保幸. 統合失調症感受性遺伝子としてのグルタミン酸受容体遺伝子群の集団遺伝学手法による自然選択の検出. 第 5 回日本統合失調症学会福岡年 03 月日 11 Shibata H, Tanaka K, Watanabe K, Goto Molecular evolutionary study of the ionotropic glutamate-receptor gene family as schizophrenia susceptibility genes: human-specific balancing selection in GRIN2B upstream region. International Symposium on Biodiversity Sciences "Genome, Evolution and Environment", Nagoya, Japan 年 07 月 31-8 月 03 日 12 柴田弘紀. 統合失調症の原因を進化的手法で探る天才とナントカは紙一重か? ( ワークショップ ). 第 12 回日本進化学会大会東京年 8 月 2-5 日 13 柴田弘紀内田麻衣子後藤大輝間野修平竹中修服巻保幸. 統合失調症感受性遺伝子 COMT に見出される中立進化からの逸脱. 第 82 回日本遺伝学会大会札幌年 9 月日 14 鄧湘東柴田弘紀高木宏美王麗香黒木俊秀中原辰雄橋本喜次郎岩田仲生尾崎紀夫有波忠雄服巻保幸. 統合失調症関連候補遺伝子としての PCP 応答遺伝子探索と関連解析. 日本人類遺伝学会第 55 回大会さいたま年 10 月日 15 柴田弘紀内田麻衣子後藤大輝間野修平竹中修服巻保幸. 統合失調症感受性遺伝子 COMT に見出される中立進化からの逸脱. 日本人類遺伝学会第 55 回大会さいたま年 10 月日 16 Shibata H, Uchida M, Goto H, Mano S, Takenaka O, Fukumaki Y. Resequencing of the catechol-o-methyltransferase gene, COMT revealed non-neutral processes associated with schizophrenia. 60th Annual Meeting of The American Society of Human Genetics, Washington, DC 年 11 月日 17 Liang Y, Fukumaki Y, Shibata H.Resequencing of dopamine receptor genes DRD1 and DRD2 as schizophrenia susceptibility genes revealed non-neutral process possibly associated with schizophrenia. 第 33 回日本分子生物学会年会第 83 回日本生化学会大会合同大会神戸年 12 月日

5 18 Nakagome S, Mano S, Kozlowski L, Bujnicki JM, Shibata H, Fukumaki Y, Kidd JR, Kidd KK, Kawamura S, Oota H. Population specific susceptibility to Crohn s disease and signals of natural selection on standing variation. 12th International Congress of Human Genetics / 61st Annual Meeting of The American Society of Human Genetics, Montreal, Canada 年 10 月日 19 Shibata H, Miura S, Kida H, Noda K, Kaku Y, Iwaki A, Ayabe M, Taniwaki T, Fukumaki Y. Exome sequencing approach to identify the responsible variant for a novel type of hereditary motor and sensory neuropathy with proximal dominancy in the lower extremities found in a Japanese descent. 12th International Congress of Human Genetics / 61st Annual Meeting of The American Society of Human Genetics, Montreal, Canada 年 10 月日 20 Shibata S. Non-neutral evolution observed in schizophrenia susceptibility genes. ( ワークショップ ) 第 34 回日本分子生物学会年会横浜年 12 月日図書 ( 計 1 件 ) 柴田弘紀 ( 共著 ). ヒトは病気とともに進化した ( 仮題 ) 勁草書房. (2012) 印刷中. 産業財産権出願状況 ( 計 0 件 ) 取得状況 ( 計 0 件 ) その他該当なし 6. 研究組織 (1) 研究代表者柴田弘紀 (SHIBATA HIROKI) 九州大学生体防御医学研究所准教授研究者番号 : (2) 研究分担者なし (3) 連携研究者なし

統合失調症発症に強い影響を及ぼす遺伝子変異を，神経発達関連遺伝子のNDE1内に同定した

統合失調症発症に強い影響を及ぼす遺伝子変異を，神経発達関連遺伝子のNDE1内に同定した平成 26 年 10 月 27 日統合失調症発症に強い影響を及ぼす遺伝子変異を神経発達関連遺伝子の NDE1 内に同定した名古屋大学大学院医学系研究科 ( 研究科長髙橋雅英 ) 精神医学の尾崎紀夫 ( おざきのりお ) 教授らの研究グループは同研究科神経情報薬理学の貝淵弘三 ( かいぶちこうぞう ) 教授らの研究グループとの共同研究により統合失調症発症に関連していると考えられている染色体上